Aérodynamique n°2 la polaire de l’aile, nombre de Reynolds et moments aérodynamiques

23 01 2009

Il s’agit de la représentation graphique du coefficient de portance Cz (x100) en fonction de coefficient de traînée Cx (x100).

Représentation graphique du coefficient de portance:

Plus l’incidence de l’aile est forte, plus la portance est importante. Mais jusqu’à un certain point !
On comprend que si l’aile devient verticale, notre avion sera tombé depuis longtemps : il aura décroché.

Représentation graphique du coefficient de traînée

Coefficient de traînée : De la même façon, plus l’incidence est importante, plus la traînée est importante. Faisons un autre graphique pour visualiser ceci :

La traînée est toujours positive

.

Polaire d’une aile :

Si la portance et la traînée dépendent toutes les deux de l’incidence, pour chaque valeur d’incidence donnée, on peut trouver la portance et la traînée. On peut visualiser cette relation sur un graphique qui montrera donc la portance en fonction de la traînée :

Cette courbe s’appelle la polaire et c’est donc la ‘carte d’identité’ de l’aile. Elle donne les valeurs des coefficients de portance et de traînée pour chaque valeur d’incidence.

La portance augmentant avec l’incidence, on peut prendre par exemple pour chaque point remarquable :

Cz nul, incidence = -4°

Fx mini , incidence = 5°

Finesse max, incidence = 10°

Cz max= incidence = 15°

La finesse est le rapport entre les coefficients Cz et Cx

finesse = portance/traînée = Cz/Cx = hauteur perdue/distance parcourue = vitesse horizontale /vitesse verticale

Nombre de Reynolds

Les tableaux des valeurs et polaires d’un profil ont été établis pour une vitesse donnée de l’écoulement de l’air. Cette vitesse de l’air, et sa viscosité (paramètre fondamental en aérodynamique) sont caractérisées par le nombre de Reynolds R

R= (vitesse de l’air x corde de profil) / (viscosité cinématique de l’air)

Ex : pour une viscosité de l’air de 0,0000144 au niveau du sol, une vitesse de 30m/s, une corde de profil de 1,3m, on a un nb de Reynolds de 2 700 000 (ordre de grandeur).

Moments aérodynamiques

Un effort F qui s’exerce au niveau de centre de gravité d’un corps solide quelconque ne fait pas tourner ce corps. Si le point d’application est écarté d’une distance d du centre de gravité, l’effort produit un effet qui aura tendance à mettre le corps en rotation : on dit qu’il s’applique un moment F x d sur le solide en question.

Pour évoluer dans les trois dimensions et pour se diriger, l’aéronef subit des moments de roulis, de tangage et de lacet qui le mettent en rotation autour des axes de roulis, lacet et tangage et qui passent par son centre de gravité. Les gouvernes d’un aéronefs génèrent des moments de roulis (ailerons d’un avion), de tangage (gouverne de profondeur) et de lacet (gouverne de direction).

Les essais en soufflerie permettent de quantifier les forces et les moments appliqués à un profil d’aile ou à un avion tout entier. Ces moments aérodynamiques sont également dotés de coefficients.

Le moment aérodynamique le plus intéressant est le moment de tangage car c’est lui qui conditionne l’équilibre longitudinal.

Le centre de poussée d’un profil d’aile est le point d’application de la portance. Sa position varie en fonction de l’incidence.

Le foyer aérodynamique, qu’il ne faut pas confondre avec le centre de poussée est le point où le moment longitudinal est constant. C’est aussi le point où s’appliquent les variations de portance (et non la portance elle-même).

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